中国高能物理：正是丰收时

　　■本报记者 丁佳

　　石景山区玉泉路，只是北京再寻常不过的一条马路。路过这里的人大多并不知道，就在他们的脚下，一台规模宏大的机器正昼夜不停地工作着。

　　这就是中国第一台高能粒子加速器——北京正负电子对撞机(BEPC)。

　　《中国科学报》记者近日从中科院高能物理所获悉，北京正负电子对撞机/北京谱仪实验经过24年稳定运行、不断升级改造，数据样本量已达到世界最大。经初步分析，科研人员已发现了一些新的粒子。相关专家认为，中国高能物理已进入丰收季节。

　　必争之地

　　今年7月，当欧洲核子中心宣布发现疑似“上帝粒子”的新物质时，在欧亚大陆的另一端，中国北京的一群高能物理学家并未停下手中的工作。

　　这些低调的科学家明白，尽管世界已进入快速消费时代，但科技力量的积累从来都是一场旷日持久的战役。

　　统计数据显示，从1901年诺贝尔奖诞生之日起，一百多位诺贝尔物理学奖得主中有40多人的研究与高能物理有关。

　　“作为物理学中获得诺贝尔奖最多的一个分支，高能物理在基础研究中的重要地位可见一斑。”中科院高能物理所研究员、北京谱仪实验国际合作组发言人沈肖雁告诉记者。

　　高能物理不但研究构成物质世界的基本元素、物质间的相互作用规律、宇宙的起源与演化等“终极”科学谜题，它在精密机械、高真空、超导、快电子学、计算机和网络等先进技术中发挥的关键作用，更让这个学科在近几十年内迅速成为兵家必争之地，甚至在一定程度上“反映了国家科技的总体实力和地位”。

　　沈肖雁此言不虚。20世纪50年代初，国外就已拥有了相当先进的高能粒子加速器，并取得了诸多令人瞩目的成就。

　　中国物理学家也一直没有停止努力。从20世纪50年代后期开始，建设高能粒子加速器就开始筹划、酝酿。此后，几代科学家经过近30年努力，终于建成了属于自己的高能粒子加速器。1988年，BEPC成功实现首次对撞，中国高能粒子加速器技术达到国际同时期先进水平。

　　石景山的“地下城”

　　高能物理中，τ-粲能区是精确检验标准模型理论、寻找新物理的重要场所，因此成为国际高能物理竞争的热点之一。

　　BEPC瞄准的正是这个方向。尤其是2009年完成重大改造后，其大型粒子探测器北京谱仪Ⅲ获取物理事例的能力有了极大提高。

　　中科院高能物理所研究员、国家“千人计划”入选者娄辛丑正是为此而回国的。

　　2001年，美国康奈尔大学的对撞机CESR开始在τ-粲能区运行，但2008年3月宣告结束;日本的超级B介子工厂2015年才能完成改造;德国PANDA实验预计2018年才可建成。

　　“只有中国仍在为科学家在这一能区提供机会。这些年，中科院、国家自然科学基金委和科技部一直在支持这个项目，有决心把中国的高能物理搞上去。”娄辛丑说。

　　BEPC的外形像一个巨大的羽毛球拍。“拍柄”是一个202米长的正负电子直线加速器，它将正、负电子束流加速后，注入到“拍头”——储存环中。储存环则将电子进一步加速到需要的能量，使其对撞，并对对撞后产生的次级粒子进行积累和储存。储存环上有南北两个对撞点，著名的大型探测器北京谱仪就位于南对撞点上。

　　北京谱仪好比BEPC的“眼睛”，当正、负电子束发生对撞时，它就开始捕获对撞产生的次级粒子的信息。

　　依托这套性能优异的大科学装置，目前北京谱仪实验国际合作组已拥有世界最大直接产生的J/psi、psi’、psi(3770)等数据样本。沈肖雁觉得，他们“已进入高能物理研究的丰收季节”。

　　通过对数据的初步分析，实验组已发现或证实了一些新粒子和现象，比如一些多夸克新强子的候选者、粲偶素新的衰变模式等。

　　“和‘上帝粒子’一样，这些新粒子也是标准模型理论预言的，但之前一个都未在实验上得到确认。只有在数据量足够大的前提下，找到这些物质的概率才会比较大。”沈肖雁说。

　　国际水准 中国特色

　　2010年至今，北京谱仪Ⅲ实验累计在《物理评论快报》等顶级学术期刊上发表论文30余篇，在国际重要学术会议上报告80余次，其中特邀大会报告40余个。

　　亮度是实验成功的“秘密武器”。目前BEPCII是世界上在τ-粲能区具有最高亮度的实验装置，亮度达到了CESR的9倍。

　　“对τ-粲能区的研究，在高亮度的情况下可能会发现新的秘密。”娄辛丑说，“我们的设备非常适合中国。它的亮度高，因此测量精度好;同时，跟欧核中心的加速器相比，它的能量并不算高，因此能在更低的成本下作较多的研究。”

　　实验的另一大“中国特色”是建立了以我国为主的大型国际合作。以中科院高能所为基地，参与实验的来自全球11个国家和地区的52所大学和研究所近300名科学家中，约2/3是中国科学家。